蘇黎世聯(lián)邦理工學院化學工程師首次成功研發(fā)出了超純綠光。新的發(fā)光二極管將為電視和智能手機的新一代超高清顯示屏提供顯著提升的色質(zhì)。

蘇黎世聯(lián)邦理工學院化學工程師Chih-Jen Shih對此次突破非常滿意，他表示：“到目前為止，沒有人成功地生產(chǎn)出像我們這樣純的綠光。”

該超薄可彎曲的發(fā)光二極管(LED)以明亮的綠色色調(diào)顯示了三個字母“ETH”。

Shih的研究進展明顯，特別是在下一代用于電視和智能手機的超高分辨率顯示器方面。電子設備首先必須能夠產(chǎn)生超純紅色、藍色和綠色光，以便下一代顯示器能夠顯示更清晰、更豐富的細節(jié)以及更精細顏色范圍的圖像。在大多數(shù)情況下，紅色和藍色光線已經(jīng)可以實現(xiàn);然而，綠光卻已經(jīng)達到了技術極限。

這主要是由于人感覺的差異;因為相比紅色和藍色色調(diào)而言，人眼能夠區(qū)分更多的中間綠色色調(diào)。此次研究報告的共同主要作者Sudhir Kumar表示：“這使得超純綠色的工藝流程非常復雜，進而在開發(fā)技術和材料方面給我們帶來了巨大挑戰(zhàn)。”

純度高達99%的綠色

從定義超高清規(guī)范的ITU Rec.2020國際標準中可以清楚地看出，Shih研發(fā)的超綠光在下一代顯示器的發(fā)展中取得了極大的進步。該國際標準定義了超高分辨率(稱為“Ultra HD”)顯示器的技術要求，為進一步研究和開發(fā)提供了基本框架。這些要求還包括肉眼可見的顏色質(zhì)量的改善。該標準提供了顯示器可以再現(xiàn)的顏色標度，因此提供了更廣泛的色彩范圍。

超純綠色在擴展顏色范圍或色域方面起著關鍵作用。最終，通過三種基色(紅色、藍色和綠色)的技術混合創(chuàng)造了新的色調(diào)?；郊?，屏幕可以顯示的色調(diào)范圍就越廣。Shih研發(fā)的新LED達到了Rec.2020國際標準的97%至99%。相比之下，目前市面上最純的彩色電視機顯示屏平均只有73.11%到77.72%，沒有超過80%的。

廉價、可生產(chǎn)的LED技術

蘇黎世聯(lián)邦理工學院功能材料工程教授Wendelin Stark，以及韓國和臺灣的研究人員也為該項目做出了貢獻。Shih不僅在研究成果方面取得了突破，而且在材料和方法上也取得了突破。他和他的同事們已經(jīng)開發(fā)出了一種超薄的可彎曲發(fā)光二極管，能夠在簡單室溫中發(fā)射出純綠光。Shih表示，這是該項目突破的第二個方面。因為到目前為止，通過LED技術產(chǎn)生純光需要使用高溫工藝，這一突破起碼也處于同等重要的地位。此次研究報告主要共同作者Jakub Jagielski指出：“因為我們能夠在室溫下實現(xiàn)整個過程，所以我們?yōu)槲磥沓G色發(fā)光二極管的簡單、低成本工業(yè)生產(chǎn)帶來了機遇。”

更準確地說，Shih及其團隊利用納米材料進一步開發(fā)了該LED技術。發(fā)光二極管通常包含將通過該二極管的電流轉(zhuǎn)換成輻射光的半導體晶體。原料通常是氮化銦鎵(InGaN);然而，該材料卻不具有用于生產(chǎn)超純綠光的理想特性。所以Shih的團隊轉(zhuǎn)而使用了鈣鈦礦，這種材料也能用于太陽能電池的生產(chǎn)，并且可以相對高效地將電力轉(zhuǎn)換成光。Shih指出，這種材料非常便宜，還能使整個制造過程簡單快速-化學清潔鈣鈦礦只需半小時，之后就可以使用。

Shih研發(fā)的發(fā)光二極管中的鈣鈦礦材料的厚度小于4.8納米。這也是非常重要的一個因素，因為顏色質(zhì)量取決于使用的納米晶體的厚度和形式。為了達到所需的純綠色，晶體的厚度應該恰恰好，不能太厚也不能太薄。這些柔性的超薄發(fā)光二極管能像紙張一樣彎曲。因此，可以使用例如現(xiàn)有的卷到卷工藝廉價且快速地開展生產(chǎn)。Shih表示，此次進展也將有利于未來的工業(yè)生產(chǎn)。

下一步目標：提高LED效率

然而，要實現(xiàn)超綠色發(fā)光二極管的首個工業(yè)應用還需時日。Shih團隊的下一步計劃首先是提升效率。當前他所研發(fā)的LED在將電轉(zhuǎn)換成光時效率達到3%，而相比之下，目前市面上的電視屏幕效率值為5%至10%。Shih希望下一個版本的效率會提高6%到7%。此外，他還發(fā)現(xiàn)了其LED使用壽命提升的潛力。目前，該LED發(fā)光時間僅有兩小時，而市面上的顯示屏能使用好多年。